淺談空分儲(chǔ)槽活塞式低溫液體泵的維修

張洋洋

（新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西新余 338001）

0 引言

新余新鋼氣體有限公司共有5 套空分裝置，制氧機(jī)的配置為3套25 000 Nm3/h、24 000 Nm3/h 和16 000 Nm3/h 的各1 套；儲(chǔ)槽的配置分別為2000 Nm3、1000 Nm3、500 Nm3，儲(chǔ)槽共配備12 臺(tái)活塞式低溫液體泵，液氧低溫液體泵、液氮低溫液體泵和液氬低溫液體泵各4 臺(tái)。為滿足公司正常生產(chǎn)，當(dāng)管網(wǎng)壓力過低時(shí)經(jīng)常需要開泵汽化，泵的出口壓力為2.0 MPa，通過汽化器汽化后進(jìn)入管網(wǎng)、送入各個(gè)下一道工序。

低溫活塞式液體泵主要由電機(jī)、皮帶輪、傳動(dòng)箱和泵頭組成，泵頭泵驅(qū)動(dòng)端將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，并將電機(jī)的輸出功率傳遞給泵頭壓縮端；電機(jī)通過皮帶輪、偏心輪、連桿和十字頭等部件來完成功轉(zhuǎn)換。泵頭液力端由缸套、缸體、活塞組件、密封器、排液閥組成，其主要部件均為不銹鋼材料制成。

1 低溫液體泵汽塞的原因及解決方法

實(shí)際生產(chǎn)過程中，在啟動(dòng)泵時(shí)操作人員經(jīng)常發(fā)現(xiàn)泵打不到液體，查看DCS 中泵出口流量的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)沒有流量或流量較少，現(xiàn)場(chǎng)泵也沒有聽到打到液體的聲音，基本上可以判斷泵發(fā)生了汽塞故障。泵發(fā)生汽塞的原因主要有以下3 個(gè)：①泵預(yù)冷不到位，泵還處于熱態(tài)；②泵進(jìn)口管設(shè)計(jì)不合理，或沒有進(jìn)行保溫，導(dǎo)致液體進(jìn)口管汽化過大；③泵的回汽管設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致回汽不暢，發(fā)生汽塞，這也是泵發(fā)生汽塞的主要原因。

（1）針對(duì)第一個(gè)原因，啟動(dòng)泵之前必須預(yù)冷，液體一點(diǎn)一點(diǎn)地進(jìn)入泵內(nèi)，緩慢冷卻降低泵內(nèi)溫度，此時(shí)可以打開排氣閥，使泵冷卻加速。這一步操作通常需要0.5 h 左右，泵才可以完全冷透。

（2）對(duì)于第二個(gè)原因，在安裝泵的初期時(shí)，泵的進(jìn)口管路不應(yīng)設(shè)計(jì)過長(zhǎng)，以減少管路的冷損。泵最好安裝在儲(chǔ)槽下方，泵進(jìn)口管道應(yīng)按照流量大小合理選用管徑，為了防止管道應(yīng)力作用于泵體和預(yù)冷后管道冷脹冷縮，進(jìn)出口管路一般采用金屬軟管連接。配管時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照廠家提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行，進(jìn)口管應(yīng)該與之連接的管道朝泵進(jìn)口方向（向下）有不小于5°的傾斜，且不能小于泵吸入接口的直徑。同時(shí)泵的進(jìn)口管全部進(jìn)行保溫處理，以進(jìn)一步較少液體汽化。

（3）對(duì)于第三個(gè)原因，由于在安裝泵時(shí)的各種原因，造成泵回汽管設(shè)計(jì)不僅過于復(fù)雜、管路過長(zhǎng)，還存在“幾”字形設(shè)計(jì)（圖1），回汽原本從1#處進(jìn)入回汽管回儲(chǔ)槽，但是到2#處時(shí)汽體往上走，對(duì)1#處來的汽體產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致泵回汽不暢，經(jīng)常發(fā)生汽塞，嚴(yán)重時(shí)需要專人在回氣管外排閥排液排汽，浪費(fèi)大量液體和人力資源。在安裝回汽管路時(shí)，貯槽回汽管路的管口直徑應(yīng)與泵的回汽接口直經(jīng)一樣大，如果接口直徑不同則應(yīng)采用錐形縮節(jié)過渡連接，泵與貯槽回氣管路間應(yīng)沒有虹吸現(xiàn)象，管路必須保持連續(xù)的向上傾斜，以避免產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象。后來通過管道改造，回汽管少走彎路，走最短路緩慢向上線爬坡回儲(chǔ)槽，避免“幾”字形設(shè)計(jì)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐改造成功，泵在預(yù)冷后正常開啟，回汽管上外排閥可以完全關(guān)閉，同時(shí)回汽管回儲(chǔ)槽的閥門微微打開，使得管路冷損導(dǎo)致的液體汽化量回儲(chǔ)槽。另外，考慮到管路汽化引起的冷損，回儲(chǔ)槽的回汽管也要有保溫措施，并在泵的出口管上安裝安全閥，防止管道超壓引發(fā)事故。

圖1 回汽管的“幾”字形設(shè)計(jì)

2 低溫液體泵的常見故障及排除措施

2.1 流量不足或無流量

針對(duì)三缸活塞式低溫泵，在相同轉(zhuǎn)速下發(fā)現(xiàn)泵開啟后流量不足，如果通過DCS 顯示的流量總量計(jì)算出只有兩個(gè)缸的流量，表明其中一個(gè)缸沒有打到液體，這種情況一般考慮為出口處排液閥故障，可能是在上次檢修時(shí)管道進(jìn)入了濕空氣，而再次開泵前沒有加溫透徹，導(dǎo)致泵預(yù)冷后在排液閥處結(jié)冰導(dǎo)致排液閥不能正常開啟關(guān)閉。在加溫透徹的基礎(chǔ)上也可能是排液閥本身故障，如排液閥彈簧失效、排液閥密封面損壞等，此時(shí)只需拆下止回閥閥座、檢查止回閥，必要時(shí)可以進(jìn)行更換。

如果是活塞式低溫泵的出口壓力正常、無流量問題，考慮為泵出口進(jìn)汽化器總管上止回閥故障，進(jìn)行復(fù)熱后只需拆開止回閥檢查便可。

2.2 泵密封組件經(jīng)常性損壞

低溫液體泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，開槽螺母密封處溫度較低，濕空氣在此處容易結(jié)冰，結(jié)冰后既容易使活塞桿損壞和密封填料失效而導(dǎo)致漏液，也凍結(jié)潤(rùn)滑油使?jié)櫥褪?，泵發(fā)生故障。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，在此處引入一股干燥氮?dú)獯祾?，但是此處上方還會(huì)有濕空氣進(jìn)入，且此處是檢修口，于是在開槽螺母檢修口蓋一塊可拆卸有機(jī)玻璃（圖2），這樣使干燥氮?dú)饪梢詥畏较虼祾?，開槽螺母檢修口濕空氣減少，氣溫較低時(shí)也可長(zhǎng)時(shí)間開泵。設(shè)置干燥氮?dú)夂箝_槽螺母檢修口不結(jié)冰，有效保護(hù)了活塞缸和密封組件。經(jīng)過實(shí)踐證明，原來2～3 個(gè)月更換一次密封組件，經(jīng)過改造可以延長(zhǎng)至6 個(gè)月更換一次。同時(shí)，檢修后的低溫液體泵應(yīng)進(jìn)行加溫透徹后再預(yù)冷，防止預(yù)冷時(shí)泵內(nèi)部結(jié)冰損壞活塞桿和密封組件。

圖2 干燥氮?dú)獯祾吆陀袡C(jī)玻璃密封

2.3 泵出口壓力不足

泵開啟后，出口壓力表顯示壓力不足2.0 MPa 的問題，主要原因有：泵未充分預(yù)冷，泵內(nèi)有氣體，產(chǎn)生氣蝕；進(jìn)液管線跑冷輻熱嚴(yán)重；儲(chǔ)槽液位過低，達(dá)不到泵所需要的靜壓力；泵前管道有異物，使過濾網(wǎng)堵塞，影響液體的吸入；進(jìn)液閥DU 軸承損壞，閥桿磨損，使閥桿卡死、跑偏、排液閥工作失常，泄漏嚴(yán)重；泵的速度過低；管網(wǎng)泄漏，導(dǎo)致無法升壓；氣缸拉毛，活塞環(huán)、導(dǎo)向環(huán)磨損嚴(yán)重；泵活塞余隙容積過大等。需要注意的是，在調(diào)泵的余隙容積時(shí)，檢修人員應(yīng)嚴(yán)格按照泵檢修說明書進(jìn)行，一般情況下活塞式低溫液體泵余隙容積為1～2 mm，檢修人員檢修低溫液體泵后必須進(jìn)行盤車，避免活塞桿頂缸損壞設(shè)備。如果是三缸活塞式低溫液體泵，還應(yīng)將3 個(gè)缸的余隙容積調(diào)為統(tǒng)一數(shù)值，使連接活塞的曲軸箱受力平衡。另外，出口壓力不足還有可能是泵本身機(jī)械故障或其他原因引起的。

3 低溫液體泵的點(diǎn)檢與檢修

低溫液體泵能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，日常的點(diǎn)檢工作極為重要，只有及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題才能盡快解決問題。日常點(diǎn)檢的內(nèi)容主要有：①曲軸箱油位是否在正常位置；②油封處是否漏油，密封處以及各法蘭連接處是否漏液；③活塞桿連接螺桿上的并緊螺母是否松動(dòng)，一旦發(fā)現(xiàn)松動(dòng)此時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，否則極易發(fā)生頂缸；④連接皮帶是否有斷裂；⑤檢查電磁調(diào)速電機(jī)及泵體是否有異響；⑥開槽螺母是否松動(dòng)等。

此外，還應(yīng)對(duì)低溫泵定期進(jìn)行更換備件和維護(hù)保養(yǎng)，如更換曲軸箱潤(rùn)滑油、活塞環(huán)、皮帶、導(dǎo)向環(huán)、密封圈、壓緊圈以及電機(jī)軸承添加油脂、利用停泵機(jī)會(huì)檢查過濾網(wǎng)等，防止過濾網(wǎng)損壞雜質(zhì)進(jìn)入泵內(nèi)，導(dǎo)致泵不能正常運(yùn)行。

長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，如果泵發(fā)生漏液或壓力不足等情況，活塞式低溫液體泵則需要大修，一般需要更換所有的活塞環(huán)、導(dǎo)向環(huán)和四氟填料等。

（1）拆泵步驟：拆開泵排液短管，拆下排液閥座，松開活塞桿和連接桿并緊螺母取出活塞桿，使用專用工具拆下開槽螺母，按順序取出內(nèi)部填料并做標(biāo)記。

（2）安裝步驟：準(zhǔn)備好所有需要更換的備件，按照做好的標(biāo)記安裝填料，安裝活塞桿使用游標(biāo)卡尺調(diào)節(jié)余隙容積，根據(jù)余隙容積確定并緊螺母安裝位置，安裝好排液閥座和排液短管，使用專用工具擰緊開槽螺母。安裝時(shí)應(yīng)注意，活塞環(huán)應(yīng)切開，兩個(gè)缺口相差180°安裝；密封圈切開安裝好螺旋彈簧，應(yīng)有一定補(bǔ)充余量；檢修時(shí)液氧泵所有零部件不能接觸油污，不能使用易燃溶劑清洗零部件。

另外，檢修結(jié)束后為避免泵內(nèi)進(jìn)入濕空氣，在泵預(yù)冷前應(yīng)進(jìn)行使用干燥氮?dú)膺M(jìn)行一定時(shí)間的加溫，防止預(yù)冷后濕空氣在內(nèi)部結(jié)冰損壞活塞桿和導(dǎo)致密封填料失效。同時(shí)當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，液體經(jīng)汽化器汽化后進(jìn)入管網(wǎng)，容易在管網(wǎng)上結(jié)霜，在此處應(yīng)設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)，防止溫度過低出現(xiàn)管道冷脹熱縮量過大拉裂管道的問題。溫度測(cè)點(diǎn)應(yīng)接入DCS 并與低溫液體泵進(jìn)行聯(lián)鎖，一旦溫度過低則低溫液體泵停機(jī)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在運(yùn)行過程中活塞式低溫液體泵會(huì)出現(xiàn)各種故障，操作人員應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行點(diǎn)檢工作，尤其是對(duì)液氧泵的漏油、漏液情況要進(jìn)行及時(shí)處理，防止發(fā)生燃爆事故，檢修時(shí)必須嚴(yán)格進(jìn)行脫脂處理。同時(shí)，在開槽螺母密封器處設(shè)置干燥氮?dú)?、加裝有機(jī)玻璃的措施，可以有效防止因結(jié)冰導(dǎo)致的泵十字頭溫度過低而損壞活塞桿，達(dá)到延長(zhǎng)密封使用壽命的目的。另外，相關(guān)員工必須嚴(yán)格按照崗位操作規(guī)程進(jìn)行操作，先預(yù)冷再啟動(dòng)、先減速再停車，進(jìn)而保證低溫液體泵的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。